通过消除读干扰累积来增强 STT-MRAM 缓存的可靠性
硬件体系结构
2026-01-05 v1
摘要
自旋传输力磁性随机存取存储器 (STT-MRAM) 作为芯片缓存存储器中取代 SRAM 的最具前景的方案之一，具有更高的密度和可扩展性、接近零泄漏功耗以及非易失性优势，但其可靠性受到高读干扰错误率的威胁。错误纠正码 (ECC) 通常被建议用于克服 STT-MRAM 缓存中的读干扰错误。通过采用激进的 ECC 并在每次读访问后检查缓存块，可实现较高的缓存可靠性。然而，为最小化现代处理器中的缓存访问时间，所有目标缓存集合中的块会同时并行读取以进行标签比较操作，只有在检查其 ECC 后，才会将请求的块输出。这些在处理器请求块之前不检查其 ECC 的额外缓存块读取会导致读干扰累积，这显著降低了缓存的可靠性。本文首先介绍并形式化读干扰累积现象，揭示由于传统并行访问缓存块导致的累积显著增加缓存错误率。随后，我们提出一种简单而有效的方案，即称为 Read Error Accumulation Preventer cache (REAP-cache) 的缓存，以完全消除读干扰的累积，而不牺牲缓存性能。我们的评估显示，所提出的 REAP-cache 将缓存平均时间到 failure (MTTF) 延长 171 倍，同时将缓存面积增加不到 1%，能源消耗仅增加 2.7%。
引用
@article{arxiv.2601.00450,
title = {Enhancing Reliability of STT-MRAM Caches by Eliminating Read Disturbance Accumulation},
author = {Elham Cheshmikhani and Hamed Farbeh and Hossein Asadi},
journal= {arXiv preprint arXiv:2601.00450},
year = {2026}
}